【产品应用】沉积物中磷钝化剂与解磷菌互作下的微生物群落与功能基因动态

近日，南方科技大学孔令超团队研究了磷钝化剂（PIA）与解磷菌（PSB）在沉积物中的相互作用机制。相关研究成果以“Dynamics of microbial communities and functional genes under the interactions between phosphorus inactivation agents and phosphorus-solubilizing bacteria in sediments”为题，发表于水工程领域知名期刊《Journal of Water Process Engineering》，论文第—作者为崔嵩。

磷钝化剂（PIA）与解磷菌（PSB）的互作显著影响沉积物–水界面磷的转化与迁移，但其对PSB群落结构及磷相关功能基因的长期效应尚不清楚。本研究借助HR-Peeper原位采集孔隙水，以5 mm垂直分辨率精准捕捉界面上下−20 mm至−120 mm区间的溶解反应态磷（DRP）动态，首次高分辨率追踪到PIA/PSB处理下孔隙水磷释放的瞬态变化；结合宏基因组发现，本研究表明，单独投加PIA可提高PSB群落复杂度；而与PSB联用后，因竞争压力反而简化群落，并抑制有机磷酯水解基因（phoN、phnX），同时激活氧化磷酸化通路。宏基因组分析显示，PIA处理中拟杆菌门触发膦酸酯代谢（C-P裂解酶），而变形菌门在自然沉积物中占主导（约80%相对丰度），通过氧化磷酸化释磷。长期实验颠覆了“PIA效应可持续”的传统假设：变形菌门再度繁盛，微生物适应性抵消初期修复效果。高剂量PSB可增强磷转运基因（pstBC、ugpC）表达，却与PIA协同固定残留态磷。研究将宏基因组与磷形态分析耦合，研究将HR-Peeper高分辨磷剖面、磷形态分析与宏基因组耦合，重新定义PIA时效边界，强调微生物反馈是磷再释放的关键驱动，为富营养化控制中“菌剂-剂量”平衡提供了理论依据。

本研究揭示了湖库沉积物修复中磷钝化剂（PIA）与解磷菌（PSB）的互作机制：自然状态下，土著变形菌门凭高效氧化磷酸化主导释磷，却缺乏膦/次膦酸代谢通路而难以应对低磷环境；短期投加PIA即打破原有平衡，通过激活拟杆菌门等稀有类群的C–P裂解酶，快速提升难溶磷生物有效性。长期实验表明，微生物适应性（变形菌门再度爆发）使PIA抑释效应衰减，磷释放风险回弹。PSB剂量依赖式上调phoA、pstBC等溶磷基因：低剂量（1 g）联用PIA仅能短暂压制变形菌门，环境稳定后其优势迅速恢复；高剂量（5 g）虽短期提升溶磷菌丰度，却难以长期抗衡变形菌竞争。PIA组“溶磷基因高表达-上覆水磷浓度低”的悖论源于“化学固定-生物释放”双重机制：微生物释磷与同步化学固定并存，基因信号与环境浓度脱钩。研究指出，管理者需持续监测变形菌门等关键微生物指标，以预警磷释放回弹；采用周期性PIA补投或靶向菌剂强化等自适应策略，而非单次化学处理，才能实现沉积物磷持续管控，为化学固定与微生物适应性平衡的可持续治理提供微生物层面理论依据。

Song Cui, Zirui Wang, Lingchao Kong, Miao Zhang, Hao Xu, Peng Xiao, Yu Tao, Dynamics of microbial communities and functional genes under the interactions between phosphorus inactivation agents and phosphorus-solubilizing bacteria in sediments, Journal of Water Process Engineering, Volume 77, 2025, 108395, ISSN 2214-7144,   https://doi.org/10.1016/j.jwpe.2025.108395.